DE69811515T2

DE69811515T2 - Metallkapsel mit kunstoffeinlage

Info

Publication number: DE69811515T2
Application number: DE69811515T
Authority: DE
Inventors: Jacques Granger; Yves Peyrin
Original assignee: Pechiney Capsules SAS
Current assignee: Amcor Flexibles Capsules France SAS
Priority date: 1997-05-12
Filing date: 1998-05-04
Publication date: 2004-03-18
Anticipated expiration: 2018-05-05
Also published as: CN1260758A; WO1998051581A1; DE69811515D1; CA2289589A1; EP1009674B1; EP1009674A1; US6403173B1; AU7659198A; FR2763046A1; ATE232817T1; FR2763046B1; DK1009674T3

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die Erfindung betrifft das Gebiet der metallischen Verschlusskapseln und insbesondere das der Verschlusskapseln mit Plastik-Gewindeeinsatz für Schraubmündungen aus Glas. Diese Kapseln sind hauptsächlich zum Verschließen von Behältern, Fläschchen und Flaschen bestimmt, die Alkohol und Spirituosen enthalten.
STAND DER TECHNIK
Verschlusskapseln mit Plastikeinsatz, typischerweise die von der Anmelderin kommerzialisierten SUPALUXE^®-Kapseln, bestehen aus einer Metallkapsel, einem Plastikeinsatz und eventuell einer Dichtung, falls der Einsatz selbst nicht die Dichtfunktion gewährleistet.
Die Anordnung des Plastikeinsatzes in der Metallkapsel erfolgt durch Einpressen des Einsatzes in die Metallkapsel.
In 2 ist eine typische Kapsel älterer Technik mit einer aufgesetzten Dichtung dargestellt. Wie in dieser Figur zu erkennen ist, besteht das wesentliche Interesse dieser Art von Kapsel darin, dass die äußere Kapsel selbst keine Spur von Gewinde aufweist, was zur Qualität des Designs der Kapsel und der Aufmachung, typischerweise Fläschchen oder Flaschen, beiträgt. Zudem gestattet der Plastik-Gewindeeinsatz häufige Schließ- und Öffnungs-, d. h. Zuschraub- und Aufschraubvorgänge ohne geometrische Veränderung der Kapsel, was bei der Verpackung alkoholischer Getränke und Spirituosen notwendig ist.
Ferner ist aus dem US-Patent 3,587,898 eine Vorrichtung zum Verschließen eines mit einem Gewindehals versehenen Behälters bekannt, wobei die Vorrichtung wie folgt ausgebildet wird:

– es werden Schrumpfmuffen bereitgestellt und unter Hitzeeinwirkung auf den Hals des Behälters aufgeschrumpft,
– nach Füllen des Behälters wird dann über der Muffe durch Hitzeaktivierung eine Metallkapsel befestigt, die innen einen hitzeaktivierbaren Klebstoff enthält.

PROBLEMSTELLUNG
Das sich mit diesen Kapseln stellende Problem hängt im Wesentlichen mit dem Aufschrauben der Kapsel zusammen, insbesondere dann, wenn der Behälter Zucker oder ein beliebiges anderes Produkt enthält, das kristallisieren kann. Durch die Kristallisation des Zuckers, der in der abgefüllten Flüssigkeit enthalten ist, kann sich nämlich der Plastikeinsatz auf der Glasmündung festsetzen, so dass beim Aufschrauben der Kapsel die Metallkapsel auf den Einsatz gleitet, da der Zusammenhalt zwischen Glasmündung und Einsatz größer ist als zwischen Metallkapsel und Einsatz, wodurch das Öffnen der Flasche verhindert wird.
Zur Lösung dieses Problems wurde versucht, das Grenzmoment zu erhöhen, ab dem die Trennung von Metallkapsel und Einsatz beim Drehen erfolgt. Dazu versuchte die Anmelderin, das Spiel zwischen Einsatz und Metallkapsel zu reduzieren, die Rauheit der sich anliegend berührenden Flächen zu erhöhen, die Beschaffenheit des Einsatzes zu ändern, eine Kleber- oder Hot-Melt-Schicht zwischen Metallkapsel und Einsatz einzubringen. Diese Maßnahmen konnten das Problem nicht lösen.
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß weist die Verschlusskapsel mit Plastikeinsatz zum Verschließen schraubbarer Behälter eine Metallkapsel auf, bestehend aus Kapselkopf und Kapselmantel, und einen Einsatz aus Kunststoff, der innerhalb der Metallkapsel positioniert und durch ein Befestigungsmittel mit dieser fest verbunden ist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel durch eine an der Metallkapsel haftende Schicht gebildet ist, die sich ganz oder teilweise über den dem Einsatz gegenüberliegenden Teil der Metallkapsel erstreckt, und dass die Schicht Kunststoff im zerteilten Zustand enthält und mit dem Einsatz thermoversiegelt ist.
Vorzugsweise erstreckt sich die Schicht über den ganzen Teil der Metallkapsel, der dem Einsatz gegenüberliegt.
Bedeckt nämlich die Schicht die ganze Innenfläche der Metallkapsel, können Probleme beim Aufschrauben auftreten, die mit dem fehlenden Gleiten der fertigen Kapsel zusammenhängen.
Die von der Anmelderin gefundene Lösung ermöglicht es, das Gleitmoment des Einsatzes in der Metallkapsel beträchtlich, typischerweise um das 6-fache zu erhöhen. Dieses nach der Norm NF H 35103 bestimmte Moment steigt dabei von weniger als 17 lbs·inch (d. h. 1,9 N·m) auf mehr als 100 lbs·inch (d. h. 11,3 N·m) an.
Mit den Mitteln der Erfindung ist das gestellte Problem vollständig gelöst. Es wurde nämlich mit den efindungsgemäß hergestellten Kapseln selbst bei stark kristallisierten Zuckerablagerungen keine Trennung zwischen Einsatz und Metallkapsel beobachtet.
BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 stellt im axialen Halbschnitt eine erfindungsgemäße Kapsel (1) mit einer Metallkapsel (2) und einem Einsatz (4) dar, die durch eine Schicht (3) miteinander verbunden sind. Am Boden des Einsatzes (4) ist eine Dichtung (10) angeordnet. Der Mantelteil der Kapsel (1) trägt eine kreisförmige Schwächungslinie aus aufeinanderfolgenden Stegen (11).
2 ist eine der 1 entsprechende Darstellung einer Kapsel (1000) nach dem Stand der Technik.
Die 3, 4 und 5a bis 5e erläutern die verschiedenen Schritte einer Herstellungsart für erfindungsgemäße Kapseln.
3 zeigt im Schnitt die "innere" Lackierung eines aufgerollten Metallbandes (7) mit Hilfe einer Lackieranlage, die eine in einen Flüssiglackbehälter (72) eingetauchte Lackierwalze (71) aufweist, zur Bildung eines beschichteten Metallbandes (8), wobei die Mittel zum Trocknen und Einbrennen des Lacks nicht dargestellt sind.
In 4, analog zu 3, ist der nächste Schritt dargestellt, bei dem das lokalisierte Aufbringen oder "spot-coating" der Haftschicht auf das beschichtete Metallband (8) erfolgt. Man kann dazu eine Siebdrucktechnik verwenden mit einem zylindrischen Raster (81) mit offenen oder geschlossenen Zellen, je nachdem, ob das flüssige Gemisch (82) auf das beschichtete Metallband (8) aufgebracht werden soll oder nicht, um nach Trocknen oder Einbrennen ein mit der Schicht (3) versehenes Band (9) zu erhalten. Man kann auch das Offset-Verfahren benutzen, um eine Lackschicht auf vorbestimmte Teile des Bandes (8) aufzubringen.
Wie in 3 wurden dabei die Mittel zum Trocknen oder Einbrennen des flüssigen Gemischs (82) nicht dargestellt.
5a zeigt in Draufsicht und im Schnitt den aus dem in 4 erhaltenen Band (9) ausgestanzten runden Zuschnitt (900), der typischerweise durch Tiefziehen und Tiefstrecken umgeformt werden soll.
In 5b ist im Axialschnitt die durch Umformen des Zuschnitts (900) erhaltene Metallkapsel (2) dargestellt.
5d zeigt schematisch, im Schnitt, das Verbinden der Metallkapsel aus 5b mit einem Einsatz (4) durch Heißsiegeln mit Hilfe einer Anordnung aus einem Stempel (5) und einer Warmmatrize (6), die auf einer Temperatur T gehalten wird und einen Druck P für eine Zeit t ausübt.
In 5e ist im Schnitt die erfindungsgemäß hergestellte fertige Kapsel (1) dargestellt.
6 zeigt im Schnitt schematisch eine zweite Ausgestaltung der Erfindung, bei der das Band (90), das dem Band (9) der vorhergehenden Ausgestaltung entspricht, sowohl eine Schicht (3) auf einer Seite des Bandes als auch eine Schicht (30) auf der anderen Seite des Bandes aufweist.
In diesem Fall ist das Metallband (7) auch mit einer Außenbeschichtung (210) analog zur Innenbeschichtung (21) versehen.
In den 7 und 8 sind im Schnitt die aus dem Band (90) hergestellten Kapseln (100) dargestellt. Diese Kapseln (100) weisen eine Kappe aus dem gleichen Kunststoff auf wie der, der in der Schicht (30) enthalten ist, welche Kappe durch diese außenliegende Schicht (30) thermoversiegelt ist. Die 7 und 8 bis 8c zeigen einige nicht einschränkende Formen der Kappen (12), mit rund ausgebildetem (12) oder flachem Kopf (8 bis 8c) und in diesem Fall mit kreisförmigem (8a), viereckigem (8b), sechseckigem Querschnitt (8c).
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Erfindungsgemäß enthält die den Einsatz (4) und die Metallkapsel (2) miteinander verbindende Schicht (3) eine hinreichende Menge Kunststoff in zerteilter Form, um durch Heißsiegeln ein hohes Haftvermögen zur Lösung des gestellten Problems zu gewährleisten. So enthält die Schicht für den Fall, dass der Einsatz aus Polyolefin, vorzugsweise aus PE oder PP besteht, mindestens 3 Masse-% Polyolefin.
Die Haftschicht (3) ist vorzugsweise ein wärmehärtender Lack, der 5 bis 30 Masse-% Polyolefin enthält, so dass sie gleichzeitig an dem Einsatz (4) und an der Metallkapsel (2) haftet.
Dabei ist der wärmehärtende Lack vorzugsweise ein Epoxylack.
In diesem Fall weist die Metallkapsel (2) eine Innenbeschichtung (21) auf, die aus einer Epoxylackschicht besteht.
Erfindungsgemäß besteht die Metallkapsel (2) aus Aluminium, Eisen, Zinn oder einem mehrschichtigen Werkstoff mit einer metallischen Innenschicht.
Nach einer Ausgestaltung der Erfindung kann die Verschlusskapsel (1), wie in 1 dargestellt, eine aufgesetzte Dichtung (10) aufweisen. Diese in sich bekannte Dichtung wird typischerweise durch eine kreisförmige Rille am Boden des Einsatzes gehalten.
Nach einer anderen, in den Figuren nicht dargestellten Ausgestaltung kann die Verschlusskapsel (1) statt der Dichtung (10) einen selbstdichtenden Einsatz aufweisen, der selbst die geforderte Dichtheit gewährleistet.
Zudem kann die erfindungsgemäße Kapsel (1) Mittel zur Erleichterung des erstmaligen Öffnens und vorzugsweise mindestens eine Schwächungslinie oder mehrere Schwächungslinien aufweisen, die einen Aufreißstreifen bilden.
1 zeigt eine Kapsel mit einer einzigen Schwächungslinie aus aufeinanderfolgenden Stegen (11), die beim ersten Öffnen brechen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist durch das Verfahren zur Herstellung erfindungsgemäßer Verschlusskapseln (1) gebildet.
Bei diesem Verfahren:

a) wird Metallband oder -folie (7) bereitgestellt, um in in sich bekannter Weise die Metallkapsel auszubilden,
b) vorzugsweise auf der gesamten "inneren" Fläche des Bandes oder der Folie in in sich bekannter Weise eine Lackschicht (21) hergestellt, die das Umformen des Metallbandes oder der Metallfolie insbesondere durch Tiefziehen und Streckziehen ermöglichen soll,
c) dann durch lokalisiertes Aufbringen oder "spot-coating" die Haftschicht (3) auf jenem Teil der "inneren" Fläche hergestellt, der ganz oder teilweise, dem Einsatz gegenüberliegen soll,
d) die in c) hergestellte Folie oder das Band (9) so umgeformt, dass in in sich bekannter Weise die innen lokalisiert mit der Haftschicht (3) versehene Metallkapsel (2) erhalten wird,
e) der Einsatz (4) bereitgestellt und dieser Einsatz (4) mit der in d) erhaltenen Metallkapsel (2) so durch Thermoformen zusammengefügt, dass die Schicht (3) am Einsatz (4) haftet.

Dieses Verfahren ist in den 3 bis 5e schematisch dargestellt.
Nach einer anderen Ausgestaltung der Erfindung, die in den 6, 7 und 8 bis 8c dargestellt ist, kann man auch auf der Außenseite der Metallkapsel eine ähnliche Schicht (30) wie die Schicht (3) herstellen. Dazu wird gemäß 6 ein Band (90) wie das Band (9) aus der vorhergehenden Ausgestaltung hergestellt, das sowohl eine Schicht (3) auf einer Seite des Bandes und eine Schicht (30) auf der anderen Seite des Bandes aufweist.
Die Kappe (12) und der Einsatz (4) werden vorzugsweise gleichzeitig an der mit den Schichten (3) und (30) versehenen Metallkapsel befestigt, indem der mit diesen Schichten (3) und (30) versehene Teil der Metallkapsel induktiv erwärmt wird.
Man erhält auf diese Weise Kapseln (100), die beispielhaft durch die 7 und 8 bis 8c veranschaulicht sind.
AUSFÜHRUNGSBEISPIEL
Es wurden Kapseln (1) gemäß 1 mit einer Höhe X gleich 60 mm hergestellt, die weiteren Maße (in mm) sind in 1 aufgetragen.
Dazu wurde ein Aluminiumband aus einer Legierung der Serie 3000 (Bezeichnung nach der Aluminium Association) von 210 μm Dicke verwendet, das auf beiden Seiten mit einem in einer Menge von 2,5 g/m² aufgetragenen Epoxylack lackiert wurde.
Auf das so erhaltene lackierte Aluminiumband (8) wurde durch "spot-coating", wie in 4 dargestellt, ein Flüssiglack (82) zur Bildung der an der Metallkapsel (2) haftenden Schicht (3) aufgetragen, um ein Band (9) herzustellen, das örtlich und an vorbestimmten Stellen mit einer Schicht (3) mit 8 g/m² Trockensubstanz versehen ist.
Dieser Lack hatte folgende Zusammensetzung:

– 87 Teile handelsüblicher Epoxylack mit 31% Trockenextrakt
– 13 Teile handelsübliche PP-Dispersion (MORPRIME^® mit 15% Trockenextrakt), d. h. eine Schicht (3) mit etwa 6,7 Masse-% PP, abgesehen von den stabilisierenden Zusätzen (Massenanteil an Trockensubstanz).

Das so beschichtete Band wurde bei 180°C während 12 min getrocknet.
Das so erhaltene Band wurde einer herkömmlichen Vorrichtung zum Umformen durch Tiefziehen und Streckziehen zugeführt, wobei diese Vorrichtung das Ausstanzen von Zuschnitten (90) umfasste, die dem Tiefzieh- und Streckziehwerkzeug zugeführt wurden. Auf diese Weise wurden Metallkapseln (2) hergestellt, die innen teilweise mit der Schicht (3) versehen waren, wie in 5b dargestellt.
Es wurden Gewindeeinsätze aus PP bereitgestellt, wie in 5c gezeigt, und mit Hilfe einer Vorrichtung bestehend aus einem Stempel (5) und einer Warmmatrize (6) mit den Metallkapseln verbunden, wie in 5d dargestellt. Die Temperatur T der Matrize (6) betrug 350°C, der zwischen Stempel und Matrize ausgeübte Druck P betrug 120 daN und die Zeit t betrug 0,15 s.
Andere T-, P-, t-Verhältnisse sind möglich, es ist allerdings wichtig, dass zum einen ein Verfahren mit hoher Produktivität vorliegt und zum anderen ein solches T-t-Paar gewählt wird, dass sich eine hinreichende Erweichung des PPs der Schicht (3) ergibt, damit das PP der Schicht (3) an dem Einsatz (4) haften kann, ohne dass dabei jedoch der Einsatz (4) beschädigt werden könnte, insbesondere durch ein zu hohes Wärmeangebot.
Zudem wurde durch Stege (11) eine Schwächungslinie ausgebildet und eine Dichtung (10) eingesetzt.
Die erfindungsgemäß hergestellten Kapseln wurden auf Flaschen getestet, die stark zuckerhaltige Liköre enthielten. In allen Fällen blieb der Einsatz (4) mit der Metallkapsel (2) verbunden, im Gegensatz zu dem, was mit den Kapseln älterer Technik beobachtet wurde.
Es wurden weitere Versuche durchgeführt, bei denen die Schicht (3) nur einem Teil des Einsatzes gegenüberliegend ausgebildet war: dem Kopfteil des Einsatzes gegenüberliegend, dem Mantelteil des Einsatzes gegenüberliegend. Die mechanischen Trennungsversuche zeigten, wie dies vorherzusehen war, dass das Grenzmoment, das die Trennung zwischen Einsatz (4) und Kapsel (2) bewirkt, je nach Umfang und Lage der Schicht (3) zum Einsatz (4) schwankt: der Reihe nach nimmt das Moment bei einer dem gesamten Einsatz gegenüberliegenden oder dem Mantelteil (43) des Einsatzes gegenüberliegenden oder dem Kopfteil (42) des Einsatzes gegenüberliegenden Schicht (3) ab.
Je nach Art der abgefüllten Liköre ist es möglich, den Umfang der Schicht (3) so zu wählen und zu begrenzen, wie dies zur Lösung des gestellten Problems notwendig ist.
Darüber hinaus sind die erfindungsgemäßen Kapseln nicht mit nennenswerten Mehrkosten im Vergleich zu den Kapseln älterer Technik verbunden: die Kosten der Stoffe, aus denen die Schicht (3) besteht, sind angesichts der geringen Dicke der Schicht (3) und ihrer begrenzten Fläche gering und der Lackierungsvorgang ist seinerseits im Standard-Herstellungsprozess inbegriffen.

Claims

Verschlusskapsel (1, 100) mit Plastikeinsatz zum Verschließen schraubbarer Behälter, mit einer Metallkapsel (2) bestehend aus Kapselkopf und Kapselmantel und einem Gewindeeinsatz (4) aus Kunststoff, der innerhalb der Metallkapsel positioniert und durch ein Befestigungsmittel mit dieser fest verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungsmittel durch eine an der Metallkapsel (2) haftende Schicht (3) gebildet ist, die sich ganz oder teilweise über den dem Einsatz gegenüberliegenden Teil der Metallkapsel erstreckt, die Schicht (3) Kunststoff im zerteilten Zustand enthält und mit dem Einsatz (4) thermoversiegelt ist.
Kapsel nach Anspruch 1, bei der sich die Schicht (3) über den ganzen dem Einsatz (4) gegenüberliegenden Teil der Metallkapsel (2) erstreckt.
Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei der der Einsatz (4) aus Polyolefin, vorzugsweise aus PE oder aus PP besteht und bei der die Schicht mindestens 3 Masse-% Polyolefin enthält.
Kapsel nach Anspruch 3, bei der die Schicht (3) ein wärmehärtender Lack ist, der 5 bis 30 Masse-% Polyolefin enthält.
Kapsel nach Anspruch 4, bei der der Lack ein Epoxylack ist.
Kapsel nach Anspruch 5, bei der die Metallkapsel (2) eine Innenbeschichtung (21) aufweist, die aus einer Epoxylackschicht besteht.
Kapsel nach einem der Ansprüche 1, bis 6, bei der die Metallkapsel (2) aus Aluminium, Eisen, Zinn oder einem mehrschichtigen Werkstoff mit einer metallischen Innenschicht besteht.
Kapsel nach Anspruch 7 mit einer aufgesetzten Dichtung (10).
Kapsel nach Anspruch 7, bei der der Einsatz (4) ein selbstdichtendes System aufweist.
Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit Mitteln zur Erleichterung des erstmaligen Öffnens und vorzugsweise mindestens einer Schwächungslinie.
Kapsel nach einem der Ansprüche 1 bis 10, mit einer Außenkappe (12), die durch eine der Schicht (3) entsprechende Außenschicht (30) an der Metallkapsel (2) befestigt ist.
Verfahren zur Herstellung von Verschlusskapseln (1, 100) mit Plastikeinsatz zum Verschließen schraubbarer Behälter, mit einer Metallkapsel (2) bestehend aus Kapselkopf und Kapselmantel und einem Gewindeeinsatz (4) aus Kunststoff, der innerhalb der Metallkapsel positioniert und durch ein Befestigungsmittel mit dieser fest verbunden ist, wobei das Befestigungsmittel durch eine an der Metallkapsel (2) haftende Schicht (3) gebildet ist, die sich ganz oder teilweise über den dem Einsatz gegenüberliegenden Teil der Metallkapsel erstreckt, die Schicht (3) Kunststoff im zerteilten Zustand enthält und mit dem Einsatz (4) thermoversiegelt ist, Verfahren, bei dem a) Metallband oder -folie (7) bereitgestellt wird, um in an sich bekannter Weise die Metallkapsel auszubilden, b) vorzugsweise auf der gesamten "inneren" Fläche des Bandes oder der Folie in an sich bekannter Weise eine Beschichtung (21) aus Lack hergestellt wird, die das Formen des Metallbandes oder der Metallfolie insbesondere durch Tiefziehen und Recken ermöglichen soll, c) dann durch lokalisiertes Aufbringen oder "spot-coating" die Schicht (3) auf jenem Teil der "inneren" Fläche hergestellt wird, der ganz oder teilweise dem Einsatz (4) gegenüberliegen soll, d) die in c) hergestellte Folie oder das Band (9) so geformt wird, dass in an sich bekannter Weise die innen lokalisiert mit der Haftschicht (3) versehene Metallkapsel (2) erhalten wird, e) der Einsatz (4) bereitgestellt wird und dieser Einsatz (4) und die in d) erhaltene Metallkapsel so durch Thermoformen zusammengefügt werden, dass die Schicht (3) am Einsatz (4) haftet.